Математическое моделирование радиационного защелкивания в КМДП интегральных схемах Текст научной статьи по специальности «Физика»

УДК 621.3

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ РАДИАЦИОННОГО ЗАЩЕЛКИВАНИЯ В КМДП ИНТЕГРАЛЬНЫХ СХЕМАХ

© 2007 г. А.Н. Панюшкин, Н.Н. Панюшкин

Действие импульсного ионизирующего излучения на интегральные микросхемы (ИС) приводит к появлению ионизационных токов через р-п переходы. Это в свою очередь вызывает целый ряд вторичных ионизационных эффектов, среди которых наиболее часто встречается радиационное защелкивание (РЗ) паразитных четырехслойных структур. Структуры могут образовываться как в пределах одной изолированной области, так и между соседними областями. При использовании диэлектрической изоляции четырехслой-ные структуры могут проявляться только при формировании нескольких элементов в одном кармане. Схемотехническая модель паразитной четырехслойной структуры может быть построена на основе двухтран-зисторной схемы замещения. На рис.1 показана эквивалентная схема четырёхслойной паразитной структуры на примере логического элемента КМДП ИС [1].

б

Рис. 1. Модель «защёлкивания» четырёхслойной структуры, инициируемой воздействием ионизирующего излучения: а - топология структуры; б - двухтранзисторная аналогия

Транзистор Т1 образован областью истока р-канального транзистора (эмиттер), п-подложкой (база) и областью р-кармана (коллектор). В состав п-р-п транзистора Т2 входят области п-подложки (коллектор), р-кармана (база) и истока п-канального МДП-трназистора (эмиттер). Резистор К8 отражает суммарное распределение сопротивления области подложки между истоком р-канального транзистора и контактом к ней.

Резистор Дя моделирует распределенное сопротивление области подложки между р-карманом и границей р-п перехода исток р-канального транзистора -подложка, а резистор ДР - распределенное сопротивление р-кармана между областями коллектора Т1 и базы Т2. Резистор К№ по аналогии с Д отражает распределенное сопротивление между областями истока п-канального транзистора и контактом к р-карману. В модели не учитывается действие первичных ионизационных токов эмиттерных р-п переходов, так как они пренебрежимо малы по сравнению с ионизационным током коллекторного перехода.

Полученная для данной схемотехнической модели система уравнений имеет вид:

IA =

а n 21Б 1КД (ß 1 +ß 2 ) + 1pp (а N1IS1 +а n 21w ) ;

1-y

Uкд =фг in

(( A 1s1 +а I11 КД )( A + 1Б iw +а 121 КД )

1ЭД10IЭД20

+ rs2 (ipp + iКД )~uA +iAr;

Is1 = Rr'n

RS1

^IA Is1 +a i1I КД ^

(

ЭД10

iК - iw +а 12iКД

ЭД20

iw = rt ta

rw

is 2 =an 2 (( A +iБ )-i КДß1 -а n 2iw + i pp;

u К

IКД = IКД0(е ФТ 1) +

U

КД

R

УТ.КД

y = a 0 + a1I a + a 21 A + a 3I^,

где /а, 1б - ток анода и базы соответственно; 1РР -первичный фототок коллекторного перехода, определяется суммой мгновенной и запаздывающей составляющей; 1Кд , икд, Дут.кд - ток, напряжение и сопротивление утечки общего для двух транзисторов коллекторного перехода; 1эд10, !эд2о> 1кдо - тепловые токи эмиттерных переходов р-п-р и п-р-п транзисторов и коллекторного перехода; г - сопротивление тела анода; фТ = кТ/де - температурный потенциал; к= 1,38- 10-23Дж-К-1 - постоянная Больцмана; Т -температура; де=1,6-10-19 Кл - элементарный заряд; а0, аь

а2, аъ — коэффициенты интерполяции зависимости у(/А). Значения коэффициентов рь р2 и у определяются по формулам:

Р! =1-атал ;

Р 2 = 1 — а т2а I2 ;

у = а ть +а т 2.

где ать, ат2, ал, а12 — нормальный и инверсный коэффициенты передачи токов р-п-р и п-р-п транзисторов соответственно.

Температурная зависимость ВАХ тиристора связана с изменением электрофизических параметров наиболее чувствительных к температуре. К ним относятся температурный потенциал ф Т и тепловые токи р-п переходов, температурная зависимость которых определяется по формуле [2]

т —То

Iо(Т) = Iо(0)2 Т2 ,

где 10(Т), 10(0) — тепловые токи р-п переходов при температурах Т и Т0 соответственно; Т2 — температура, при которой наблюдается удвоение тока, для кремниевых приборов можно принять Т2=10 К [2]. С ростом температуры происходит увеличение обратного тока коллекторного перехода и уменьшение напряжения отпирания тиристора. Температурной зависимостью у и сопротивления г можно пренебречь.

Расчет первичного ионизационного тока коллекторного перехода производился на физико-топологическом уровне по модели, рассмотренной в работе [3]. На рис. 2 графически представлены результаты расчета зависимости мощности дозы, при которой наблюдается РЗ в КМДП-ячейке, от температуры при двух значениях длительности гамма импульса.

И

л

X

Я

2,5

2,0

1,5

1,0

0,5

а.

1 2 <

200

250

300

350

Т, К

Рис. 2. Температурная зависимость порогового значения мощности дозы РЗ КМДП-ячейки при двух значениях длительности импульса ИИ: 1 — Гимп. = 30 нс; 2 — Гимп. = 15 нс

Из полученных результатов следует, что порог срабатывания четырёхслойной структуры снижается с увеличением температуры и длительности импульса ИИ.

Литература

1. Агаханян Т.М., Аствацатурьян Е.Р., Скоробогатов П.К. Радиационные эффекты в интегральных микросхемах / Под ред. Т.М. Агаханяна. М., 1989.

2. Зи С. Физика полупроводниковых приборов: В 2 ч.: Перевод с англ. / Под ред. Р. А. Суриса. М., 1984.

3. Панюшкин Н.Н., Межов В.Е. Физико-топологическое проектирование полупроводниковых проборов в условиях внешних воздействующих факторов (ВВФ) // Природопользование: ресурсы, техническое обеспечение: Меж-вуз. сб. науч. тр./ ВГЛТА. Воронеж, 2000. С. 79—83.

Воронежская государственная лесотехническая академия

11 декабря 2006 г.

УДК 628.517

К ОПРЕДЕЛЕНИЮ КОЭФФИЦИЕНТОВ АКУСТИЧЕСКИХ ЧЕТЫРЕХПОЛЮСНИКОВ МНОГОСЛОЙНЫХ ГОФРИРОВАННЫХ ОБОЛОЧЕК

© 2007 г. С.В. Горин, О.В. Макарова

В трубопроводных системах энергетических установок виброизоляция насосов осуществляется многослойными гофрированными оболочками — сильфон-ными компенсаторами (рис. 1).

При расчете колебаний в рабочих средах необходимо знать коэффициенты акустических четырехполюсников всех составных элементов систем [1]. В настоящее время не существует простого расчетного

способа определения акустических характеристик многослойных гофрированных оболочек. В данной работе предлагается определять искомые характеристики расчетно-экспериментальным путем.

Объектом исследований являлась трехслойная цилиндрическая гофрированная оболочка (рис. 2) из нержавеющей стали 08Х18Н10Т толщиной 5т = 1,5 мм, внутренним диаметром 80 мм, длиной I = 170 мм,

0